专利名称：一种利用脉冲参数控制镍的电铸速度的方法
技术领域：
本发明属于电铸制备领域，提供了一种在硫酸镍电铸液中制备纯镍铸层时控 制铸层电铸速度的方法，能够通过调整脉冲电流的参数来自由地控制铸层的电铸 速度。
背景技术：
我国在研究电镀方面也有了五十多年的历史了，对于电镀工艺也取得了较多 的研究成果，但是对于电铸的研究则时间很短，对于电铸领域里很多问题还没有 进行细致的研究。在我国，脉冲电铸技术从90年代逐渐兴起。 一般说来，脉冲电 铸比普通的直流电铸更容易获得性能良好的铸层。直流电铸只有一个电流强度参 数可以调节，而脉冲电铸有电流、脉冲频率、占空比三个可调节参数，双向脉冲 可调参数更多，因而能更灵活多变地调节工艺参数，以获得更好的组织和性能。
对脉冲电铸的研究比较少见，还没人深入研究过脉冲参数的变化对电铸速度 的影响。对于电铸而不是电镀来说，电铸速度研究意义很大，生产中经常要求电 铸层非常厚、要求电铸速度非常快，可以通过对电铸速度的研究精确控制电铸参 数和时间来得到我们所要求的铸层厚度，也可以通过它了解如何加快电铸速度。
经过大量试验，我们得出了 一套脉冲电铸镍时各种参数变化对电铸速度的影 响规律。
目前国内电铸方面的专利非常少，还未见到脉冲电铸镍方面的专利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电铸镍时利用脉冲参数的调整来控制电铸速度的 方法，解决镀层厚度难以控制的问题。
一种利用脉冲参数控制镍的电铸速度的方法，工艺步骤为 (1)配电铸液在用去离子水清洗干净的电铸槽中加入电铸槽容积约1/2的去离
子水，加热到45-55。C,保温l-2h，依次在电铸槽中加入250-450g/L六水合硫酸镍、 25-65g/L氯化镍，0.1-10g/L糖精，或用N-501A和N-501B两种添加剂共同替换配方一中的糖精，N-501A的浓度为2-10mL/L， N-501B的浓度为0.5-4 mL/L。
再用去离子水清洗干净的玻璃容器中加入电铸槽容积1/5-2/5的去离子水，搅 拌加热到沸腾，加入25-65g/L硼酸煮沸20-40min，然后加入0.05-lg/L十二烷基硫 酸钠，待十二烷基硫酸钠充分溶解后，将玻璃容器中配好的液体倒入电铸槽中。 再注入去离子水加满电铸槽。充分搅拌、在45-55'C保温l-14h。
(2) 阴极材料、电解镍阳极前处理阴极不锈钢板经200#、 400#、 600#、 800#、 1000#碳化硅水砂纸磨光一去离子水洗一硝酸钝化一去离子水洗一干燥；电解镍 阳极用刷子在沸水中清洗一去离子水洗一盐酸活化一去离子水洗。
(3) 电铸用3-8%的硫酸溶液调节？11=3.5-5,把阳极电解镍板放入阳极篮中并接 通电路，调节电流密度l-10A/dm2，调节双向脉冲电流的正负向占空比、电流死区 的占空比，调节脉冲的频率100-5000，保持阴极最大电流密度恒定，进行电铸3-80h。
(4) 阴极脱模脱模一去离子水洗一干燥。
(5) 测量质量把各种电铸工艺下得到的电铸制品用高精度电子天平测量质量。
(6) 计算电铸速度电铸速度也就是镀层厚度在一定时间里的增加值。因为质量
=阴极面积*镀层厚度*镀层密度，面积和密度是已知的，所以可以算出镀层厚度(如 果用游标卡尺直接测量镀层厚度则误差比较大)。最后用镀层厚度除以电铸所用的
时间即可求得电铸速度，结果精确到小数点后4位。
经研究发现，在利用单向或双向脉冲工艺电铸镍时，脉冲参数与电铸速度有
以下关系
(1)由图2可以看出，在单向脉冲电铸镍时，当配方、频率、最大阴极电流密
度工艺条件不变时，随着占空比增加电铸速度不断增大。
(2) 由图3、 4可以看出，在单向脉冲电铸镍时，当配方、占空比、最大阴极电 流密度工艺条件不变时，电铸速度和频率之间无明显规律。
(3) 由图5可以看出，在单向脉冲电铸镍时，当配方、占空比、频率工艺条件不 变时，随着最大阴极电流密度的增加电铸速度不断增大。
(4) 由图6可以看出，在双向脉冲电铸镍时，当配方、频率、最大阴极电流密度、 负向脉冲占空比工艺条件不变时，随着正向脉冲占空比的增加电铸速度不断增大。
通过控制配方、频率、占空比、最大阴极电流密度等工艺参数，能够控制电铸速度。
本发明的优点在于找到了脉冲参数对镍的电铸速度的影响规律，在生产中 能够方便地通过调整脉冲参数和时间来控制镍铸层的厚度。
图1为双向脉冲电流的单个周期内的波形图。
al%+a2%+a3%+a4%=100%， 100%就是一个脉冲周期，al为正向脉冲区间，a3为 反向脉冲区间，a2和a4为死区即电流为零的区域。当al=100时为直流波形，当 0<al、 a3<100时为双向脉冲波形，当0<al<100并a3=0时为单向脉冲。每个周期 的长短等于l/f， f为频率。最大阴极电流密度Y^max/阴极面积。 图2为两种配方在单向脉冲电铸时电铸速度与占空比的关系图。 图3为配方一在单向脉冲电铸时电铸速度与频率的关系图。 图4为配方二在单向脉冲电铸时电铸速度与频率的关系图。 图5为两种配方在单向脉冲电铸时电铸速度与最大阴极电流密度的关系图。 图6为两种配方在双向脉冲电铸时电铸速度与占空比的关系图。
具体实施方式
实施例1、
1. 硫酸镍电铸液配制先计算电铸槽的容积，用容积乘以硫酸镍、氯化镍、
糖精、十二烷基硫酸钠、硼酸的浓度分别得到所需的药品重量，电铸槽加入1/3-2/3 容积的去离子水，加热到45-55'C,依次加入全部所需的硫酸镍、氯化镍、糖精，搅 拌并保温l-2h。另取一 lOOOmL烧杯用去离子水冲洗、干燥，加入200-400mL去 离子水，搅拌加热到沸腾，加入所需硼酸煮沸半小时，然后加入所需十二垸基硫 酸钠，待十二烷基硫酸钠充分溶解后，将其缓慢倒入六水合硫酸镍溶液中，再补 加去离子水至电铸槽容积。充分搅拌，在45-55。C保温l-14h。
2. 阴极、阳极材料的前处理将所用阴极不锈钢板用200#、 400#、 600#、 800#、 1000#碳化硅水砂纸磨光，用去离子水冲洗干净，放入浓硝酸中IO分钟进行表面 钝化，然后再用去离子水洗，然后干燥。将阳极电解镍板用牙刷仔细清洗表面， 然后将电解镍板放入盐酸中15分钟使其表面活化，然后用去离子水清洗。
3. 电铸用5%的硫酸溶液调节pH=3.5-5,然后把阴极不锈钢板连接上电源负极，再用电气胶带把钢板上非电铸区域粘住，把阳极电解镍板放入阳极篮中并 接通电路，调节电流密度为l-10A/dm2，调好所需的脉冲参数和频率，电铸3-80h。
4. 脱模取出阴极进行脱模，对所得电铸镍样品进行清洗、干燥。
5. 测量质量把各种电铸工艺下得到的电铸制品用高精度电子天平测量质量， 精确到小数点后两位。
6. 计算电铸速度电铸速度也就是镀层厚度在一定时间里的增加值。用质量
除以阴极面积(40cm、再除以密度(8.9g/cm3)可以算出镀层厚度,换算为毫米单位， 用镀层厚度除以电铸所用的时间(单位min)即可求得电铸速度，电铸速度的单位 是mm/min，为了方便作图把数据扩大1000倍，求出1000分钟里的厚度的增加值， 精确到小数点后4位，电铸速度单位变成mm/1000min。 实施例2、
换一种配方，用N-501A和N-501B (这是武汉风帆电镀添加剂公司的两种添 加剂牌号，N-501A是走位剂，N-501B是光亮剂)这两种添加剂共同替换配方一 中的糖精，N-501A的浓度为2-10mL/L, N-501B的浓度为0.5-4 mL/L，利用与配 方一相同的工艺条件再次进行试验，得到类似的电铸速度规律，在生产中能够方 便地通过调整脉冲参数和时间来控制镍铸层的厚度。
权利要求
1. 一种利用脉冲参数控制镍的电铸速度的方法，其特征是电铸镍层使用的工艺为(1)配电铸液在用去离子水清洗干净的电铸槽中加入电铸槽容积约1/2的去离子水，加热到45-55℃，保温1-2h，依次在电铸槽中加入250-450g/L六水合硫酸镍、25-65g/L氯化镍，0.1-10g/L糖精，或用N-501A和N-501B两种添加剂共同替换配方一中的糖精，N-501A的浓度为2-10mL/L，N-501B的浓度为0.5-4mL/L；再用去离子水清洗干净的玻璃容器中加入电铸槽容积1/5-2/5的去离子水，搅拌加热到沸腾，加入25-65g/L硼酸煮沸20-40min，然后加入0.05-1g/L十二烷基硫酸钠，待十二烷基硫酸钠充分溶解后，将玻璃容器中配好的液体倒入电铸槽中，再注入去离子水加满电铸槽，充分搅拌、在45-55℃保温1-14h；(2)阴极材料、电解镍阳极前处理阴极不锈钢板经200#、400#、600#、800#、1000#碳化硅水砂纸磨光→去离子水洗→硝酸钝化→去离子水洗→干燥；电解镍阳极用刷子在沸水中清洗→去离子水洗→盐酸活化→去离子水洗；(3)电铸用3-8％的硫酸溶液调节pH＝3.5-5，把阳极电解镍板放入阳极篮中并接通电路，调节电流密度1-10A/dm2，调节双向脉冲电流的正负向占空比、电流死区的占空比，调节脉冲的频率100-5000，保持阴极最大电流密度恒定，进行电铸3-80h；(4)阴极脱模脱模→去离子水洗→干燥；(5)测量质量把各种电铸工艺下得到的电铸制品用高精度电子天平测量质量；(6)计算电铸速度电铸速度也就是镀层厚度在一定时间里的增加值；因为质量＝阴极面积*镀层厚度*镀层密度，面积和密度是已知的，所以能算出镀层厚度，最后用镀层厚度除以电铸所用的时间即能求得电铸速度；经研究发现铸层的电铸速度与脉冲参数间有以下关系(1)在用单向脉冲电铸镍时，当配方、频率、最大阴极电流密度工艺条件不变时，提高占空比能提高电铸速度；(2)在单向脉冲电铸镍时，电铸速度不受频率影响；(3)在单向脉冲电铸镍时，当配方、占空比、频率工艺条件不变时，提高最大阴极电流密度能提高电铸速度；(4)在使用双向脉冲电铸镍时，当配方、频率、最大阴极电流密度、负向脉冲占空比工艺条件不变时，提高正向脉冲占空比能提高电铸速度。
全文摘要
一种利用脉冲参数控制镍的电铸速度的方法，属于电铸制备领域，通过调整脉冲电流的参数来自由地控制镀层的电铸速度。本发明通过配电铸液→阴极材料、电解镍阳极前处理→电铸→阴极脱模→测量质量等步骤计算电铸速度，电铸速度也就是镀层厚度在一定时间里的增加值。因为质量＝阴极面积*镀层厚度*镀层密度，面积和密度是已知的，所以可以算出镀层厚度，最后用镀层厚度除以电铸所用的时间即可求得电铸速度。本发明的优点在于找到了脉冲参数对镍铸层的电铸速度的影响规律，在生产中能够方便地通过调整脉冲参数和时间来控制镍铸层的厚度。
文档编号C25D1/00GK101481809SQ20081024670
公开日2009年7月15日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者乐 孙, 成生伟, 珍 李, 李春华, 峰 杨, 雷 王, 田文怀, 贾成厂 申请人:北京科技大学